JP2000324704A - 電源装置および電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 頻繁に負荷が変動する負荷装置等に用いる電
源について、広い負荷範囲にわたって電源全体を高い効
率で動作させる。 【解決手段】 電源制御ユニット２は、第１の制御モー
ド、第２の制御モード、第３の制御モードの３つの制御
モードを有し、第１の制御モードにおいては、１個の小
出力電源モジュールを駆動し、第２の制御モードにおい
ては、２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ
１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・
・，（Ｍ−３）の何れか）の小出力電源モジュールを１
００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−２−Ｎ個）の小出力
電源モジュールを０％の出力で駆動し、第３の制御モー
ドにおいては、１個ないし２個の小出力電源モジュール
を、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残る
Ｎ個（Ｎは（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１））の小出力電源
モジュールを１００％の出力で駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気・電子機器に
エネルギーを供給する電源装置およびその制御方法に関
するもので、特に、頻繁に負荷が変動する負荷装置に用
いる電源について、広い負荷変動範囲について、常に高
効率の制御を行うことができる電源装置およびその制御
方法に関する。

【技術背景】電気・電子機器にエネルギーを供給する電
源について、損失を少なくすること、すなわち電源出力
の効率を高くするという要請が常にある。図１０に、一
般的な電源について、出力Ｐに対する効率ηを表すグラ
フを示す。図１０に示すように、電源にはそれ自身が消
費するエネルギー（内部消費エネルギー）が、ある量必
ず存在するため、低出力時には出力Ｐに対して前記内部
消費エネルギーの割合が大きく、効率ηは低くなる。効
率ηは、出力Ｐが高くなるにつれて高くなり、最も高効
率の点を経て、その後なだらかに低下する。電源が使用
される電気・電子機器の負荷の大きさが予めわかってお
り、かつ当該負荷が頻繁には変動しないものならば、当
該負荷に応じた出力のときに、効率ηが最も高効率とな
るように電源の設計をすればよい。しかし、負荷が時々
刻々変化する（すなわち、負荷の大きさが予想できな
い）負荷装置、たとえば、軽負荷時と重負荷時とで負荷
の大きさが大幅に異なる電気自動車等の負荷装置では、
特定の出力のときに、効率ηを最も高くする、といった
電源設計ができない。このような場合には、想定される
負荷の変動範囲にわたって高い効率を維持できるような
電源が求められるが、このような電源を実現することは
容易ではない。一方、ある出力の電源を実現するときに
（その出力が大きい場合には特に）、全体を複数の小出
力電源モジュールにより構成し、これらの小出力電源モ
ジュールを組み合わせて並列運転することで、要求され
る出力を得る手法が知られている。ある程度小出力の電
源の方が、大出力の電源よりも、当該電源の内部回路
（たとえば、スイッチング素子）、周辺回路（たとえ
ば、電源制御回路）等の設計が簡単であり、素子などの
選択の自由度や、設計の自由度が大きい。このため、高
効率を安価に実現することが比較的容易であることもあ
ることから、ある種の電源装置では、効率向上を目的と
して、上記手法が採られることもある。しかし、複数の
小出力電源モジュールを、ただ並列に組み合わせて等負
荷運転させるだけでは、例えば、その小出力電源モジュ
ール単体の効率曲線が図１０のグラフに示した特性を持
つ場合には、全体の効率曲線は、当該グラフの横軸を相
似的に拡大したものにすぎない。したがって、この場合
には、特に効率の向上が図られるわけではない（後述す
る図３〜図５も参照）。

【発明の目的】本発明の目的は、特に頻繁に負荷が変動
する負荷装置、時々刻々変化する値が予想できない負荷
装置、軽負荷時と重負荷時とで負荷の大きさが大幅に異
なる負荷装置等に用いる電源について、広い負荷範囲に
わたって電源全体を高い効率で動作させることができる
電源装置およびその制御方法を提供することにある。

【発明の概要】本発明は、Ｍ個（Ｍは、発明の態様によ
り２以上の整数の場合もあるし３以上の整数の場合もあ
る）の小出力電源モジュールの並列接続からなる電源と
電源制御ユニットとを有し、複数のモードで制御される
もので、各小出力電源モジュールと負荷装置とのエネル
ギーの授受は、電源制御ユニットにより制御される。な
お、本発明において、小出力電源モジュールとは、典型
的にはスイッチングレギュレータ等の電源回路であるが
これには限定されないことは言うまでもない。また、本
発明は、たとえば電気自動車（４輪車，２輪車を含む）
の電源装置に応用されるが、もちろんこれに限定される
ものではない。 〔本発明の第１態様〕本発明電源装置の第１態様におい
ては、各小出力電源モジュールは、２つの制御モードに
より制御される。具体的には、この態様の制御装置で
は、電源制御ユニットは、電源装置から低エネルギーを
負荷に供給する制御モード（低出力モード）、および電
源装置から高エネルギーを負荷に供給する制御モード
（高出力モード）の２つを持つことができる。前記電源
制御ユニットは、電源出力が０％より大きいある値から
１００％以下の値にわたる範囲で、前記電源を制御する
高出力モードにおいては、前記Ｍ個の小出力電源モジュ
ールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力で駆
動し、電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きい
ある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モー
ドにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の
前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動するように
前記電源を制御する。本発明制御方法の第１態様は、上
記電源装置の制御方法にかかるもので、電源出力が０％
より大きいある値から１００％以下の値にわたる範囲
で、前記電源を制御する高出力モードにおいては、前記
Ｍ個の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ
１００％未満の出力で駆動し、電源出力が０％以上でか
つ、前記０％より大きいある値にわたる範囲で、前記電
源を制御する高出力モードにおいては、１個ないし（ｎ
−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジ
ュールを駆動することを特徴とする。たとえば、電源を
２個の小出力電源モジュール電源から構成し、電源制御
ユニットは、電源出力が０％以上でかつ、前記０％より
大きいある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出
力モードにおいては、１個の小出力電源モジュールを駆
動し、電源出力が０％より大きいある値から１００％以
下のある値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力
モードにおいては、２個の小出力電源モジュールを、５
０％以上かつ１００％以下の出力で駆動駆動することが
できる。本発明の第１態様は、次に述べる第２態様の一
部に実質上含まれるものである。したがって、以下の第
２態様を理解すれば、自ずとその作用・効果を理解する
ことができるので、説明の重複をさけるために、第１態
様の詳細については説明を省略する。 〔本発明の第２態様〕本発明電源装置の第2態様におい
ては、各小出力電源モジュールは、複数の制御モードに
より制御される。具体的には、本発明電源装置の第２態
様では、電源制御ユニットは、電源装置から小さなエネ
ルギー（０〜ＰＳ’％まで）を負荷に供給する制御モー
ド（本発明における、「第１の制御モード」）と、電源
装置から大量のエネルギー（ＰＢ’〜定格出力）を負荷
に供給する制御モード（本発明における、「第３の制御
モード」）と、電源装置から前記ＰＳ’〜前記ＰＢ’ま
でのエネルギーを負荷に供給する制御モード（本発明に
おける、「第２の制御モード」と言う）の３モードを持
つことができる。電源制御ユニットは、第２の制御モー
ドでは、ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出
力電源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未
満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−
ｎ−１）の何れか）の小出力電源モジュールを１００％
の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ個）の小出力電源モ
ジュールを０％の出力で駆動するように前記電源を制御
する。電源制御ユニットは、第２の制御モードにおい
て、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１
００％の出力となったときは、当該１００％の出力とな
った小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出
力に固定し、残るｎ−１個の小出力電源モジュールと、
それまで０％の出力で駆動していたＭ−ｎ−Ｎ個の小出
力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力
電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の
出力で駆動するように前記電源を制御することができ
る。また、電源制御ユニットは、第２の制御モードで、
Ｎが１以上である場合において、ｎ個の小出力電源モジ
ュールの少なくとも１個が前記下限％の出力となったと
きは、当該下限％の出力となった小出力電源モジュール
のうちの１個を０％の出力に固定し、残るｎ−１個の小
出力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動
していたＮ個の小出力電源モジュールのうちの１個と
の、合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以
上かつ１００％未満の出力で駆動することができる。本
発明制御方法の第２態様は、上記電源装置の制御方法に
かかるもので、電源出力が０％より大きいある値から１
００％未満のある値にわたる範囲で、前記電源を制御す
る第２の制御モードにおいては、ｎ個（ｎは２以上の設
定数である整数）の小出力電源モジュールを、所定の下
限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは
０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）の小出力電
源モジュールを１００％の出力で駆動し、残り（Ｍ−ｎ
−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の出力で駆動す
ることを特徴とする。本発明の第２態様では、第２の制
御モードでは、どのような場合であっても、所定の下限
％以上かつ１００％未満の出力で駆動しているｎ個の小
出力電源モジュール以外の小出力電源モジュールは、０
％出力か１００％出力で動作する。なお、第２の制御モ
ードでは、ｎ個の小出力電源モジュールが下限％以上か
つ１００％未満の出力となるように制御され、残りの小
出力電源モジュール全てが０％出力となるように制御さ
れる場合（１００％の出力で駆動される小出力電源モジ
ュールが１つもない場合（Ｎ＝０））もあるし、またｎ
個の小出力電源モジュールが下限％以上かつ１００％未
満の出力となるように制御され、１つの小出力電源モジ
ュールが０％出力、残りの小出力電源モジュール全てが
１００％出力となるように制御される場合もある。前記
電源制御ユニットは、第１の制御モードで、１００％出
力の小出力電源モジュールがない場合（Ｎが０である場
合）において、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくと
も１個が下限％の出力となったときは、小出力電源モジ
ュールを第１の制御モードにより制御することになる。
また、第１の制御モードで、０％出力の小出力電源モジ
ュールが１つである場合（Ｎが（Ｍ−ｎ−１）である場
合）において、ｎ個の小出力電源モジュールの少なくと
も１個が１００％の出力となったときは、電源を第３の
制御モードにより制御することになる。本発明の第２態
様では、第１の制御モードにおける電源制御、第３の制
御モードにおける電源制御は、第２の制御モードにおけ
る電源制御とは無関係に行うこともできるが、第１の制
御モードと第２の制御モードとの相互移行、第２の制御
モードと第３の制御モードとの相互移行には、できる限
りモード移行前に稼動している電源の一部は、モード移
行後に稼動させたままにしておくような制御を行うこと
が好ましい。具体的には、電源制御ユニットは、第１の
制御モードにおいては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは
２以上の前記設定数）の小出力電源モジュールを駆動す
るように電源を制御することができるし、第３の制御モ
ードにおいては、０個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設
定数）の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上か
つ１００％以下の出力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ
−ｎ）ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１
００％の出力で駆動するように前記電源を制御すること
ができる。

【発明の実施形態】本発明の実施形態を図１により説明
する。電源装置１００は電源１と電源制御ユニット２を
有してなり、電源１はＭ個（Ｍは３以上の整数）の小出
力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ_Mの並列接続から構成され
る。これらの小出力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ_Mは負荷
３が接続されており、各小出力電源モジュールＧＭ₁〜
ＧＭ_Mは、当該電源制御ユニット２により制御される。
電源制御ユニット２は、第１の制御モードＭＯＤＥ＿
１、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２、第３の制御モード
ＭＯＤＥ＿３の３つの制御モードを持っている。第１の
制御モードＭＯＤＥ＿１では、電源制御ユニット２は、
電源出力Ｐが０％〜ＰＳ’％にわたる範囲で、電源１が
制御される。第２の制御モードＭＯＤＥ＿２では、電源
出力ＰがＰＳ’％からＰＢ’％にわたる範囲で、電源１
が制御される。また、第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で
は、電源出力ＰがＰＢ’％から１００％にわたる範囲
で、電源１が制御される。第１の制御モードＭＯＤＥ＿
１においては、電源制御ユニット２は、１個の小出力電
源モジュールを駆動する。また、第２の制御モードＭＯ
ＤＥ＿２においては、電源制御ユニット２は、２個の小
出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の
出力で駆動し、Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−３）
の何れか）の小出力電源モジュールを１００％の出力で
駆動し、残り（Ｍ−ｎ−Ｎ個）の小出力電源モジュール
を０％の出力で駆動する。そして、第３の制御モードＭ
ＯＤＥ＿３においては、電源制御ユニット２は、１個な
いし２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１
００％以下の出力で駆動し、残るＮ個（Ｎは（Ｍ−２）
ないし（Ｍ−１））の小出力電源モジュールを１００％
の出力で駆動する。電源制御ユニット２は、第２の制御
モードＭＯＤＥ＿２において、前記２個の小出力電源モ
ジュールの少なくとも１個が１００％の出力となったと
きは、当該１００％の出力となった小出力電源モジュー
ルのうちの１個を１００％の出力に固定し、残る１個の
小出力電源モジュールと、それまで０％の出力で駆動し
ていた（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電源モジュールのうち
の１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、５０
％以上かつ１００％未満の出力で駆動する。また、電源
制御ユニット２は、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２で、
Ｎが１以上である場合、すなわち１００％の出力で駆動
されている小出力電源モジュールが少なくとも１つある
場合において、前記２個の小出力電源モジュールの少な
くとも１個が前記下限％の出力となったときは、当該下
限％の出力となった小出力電源モジュールのうちの１個
を０％の出力に固定し、残る１個の小出力電源モジュー
ルと、それまで１００％の出力で駆動していた小出力電
源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源
モジュールを、５０％以上かつ１００％未満の出力で駆
動する。さらに、電源制御ユニット２は、第２の制御モ
ードＭＯＤＥ＿２で、Ｎが０である場合、すなわち１０
０％の出力の小出力電源モジュールが１つもない場合に
おいて、前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも
１個が前記下限％の出力となったときは、電源１を第１
の制御モードＭＯＤＥ＿１により制御する。すなわち、
前記下限％の出力となった小出力電源モジュールの出力
を０％とし、１個の小出力電源モジュールのみを駆動す
る。また、電源制御ユニット２は、Ｎが（Ｍ−３）であ
る場合、すなわち０％の出力の小出力電源モジュールが
１つしかない場合において、前記２個の小出力電源モジ
ュールの少なくとも１個が１００％の出力となったとき
は、電源１を第３の制御モードＭＯＤＥ＿３により制御
する。すなわち、１個ないし２個の小出力電源モジュー
ルを、５０％以上かつ１００％以下の出力で駆動し、残
る全て（Ｎ個、（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１）個）の小出
力電源モジュールを１００％の出力で駆動する。

【実施例】〔第１実施例〕本実施例では、図１に示した
電源装置１００が用いられている。小出力電源モジュー
ルＧＭ₁〜ＧＭ₅は、第１実施例では規格（定格出力等）
が同一のものが用いられ、図１０のグラフに示したと同
様、低出力のときに低効率で動作し、最大出力の半分程
度よりも高出力のときに高効率で動作する。電源制御ユ
ニット２は、小出力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ₅が負荷
３に出力しているエネルギーの合計値を出力検出器４に
より検出しており、当該合計値に応じて小出力電源モジ
ュールＧＭ₁〜ＧＭ₅を、第１の制御モードＭＯＤＥ＿
１、第２の制御モードＭＯＤＥ＿２、および第３の制御
モードＭＯＤＥ＿３の３つの制御モードで制御すること
ができる。電源１の出力が全出力の０〜２０％のときに
第１の制御モードＭＯＤＥ＿１で動作し、電源１の出力
が全出力の２０〜８０％のときに第２の制御モードＭＯ
ＤＥ＿２で動作し、電源１の出力が全出力の８０〜１０
０％のときに第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で動作す
る。図２は、各制御モードＭＯＤＥ＿１，ＭＯＤＥ＿
２，ＭＯＤＥ＿３における、小出力電源モジュールＧＭ
₁〜ＧＭ₅の稼動状況を示す図である。第１の制御モード
ＭＯＤＥ＿１（出力Ｐが０〜２０％出力の範囲）では、
ＧＭ ₁のみが動作する。また、第２の制御モードＭＯＤ
Ｅ＿２（出力Ｐが２０〜８０％出力の範囲）では、５０
％以上、かつ１００％未満で動作している小出力電源モ
ジュールは常に２つであり、かつ少なくとも１つの小出
力電源モジュールが０％出力となっている。そして、第
３の制御モードＭＯＤＥ＿２（出力Ｐが８０〜１００％
出力の範囲）では、５０％以上、かつ１００％未満で動
作している小出力電源モジュールは常に２つであり、か
つ残る全ての小出力電源モジュールが１００％出力とな
っている。図２からもわかるように、第１実施例では、
電源１が第１の制御モードＭＯＤＥ＿１で制御されてい
る場合を除き（すなわち、ＧＭ₁のみが動作している場
合を除き）、動作している小出力電源モジュールは、常
に５０％以上の出力で動作し、これによって幅広い負荷
領域（ここでは、２０〜１００％の出力範囲）で、電源
１全体が、高効率を実現している。たとえば、電源１全
体で３０％を出力する場合では、小出力電源モジュール
ＧＭ₁およびＧＭ₂がそれぞれ７５％出力で動作してお
り、残りの小出力電源モジュールＧＭ₃〜ＧＭ₅は０％出
力で動作している。また、電源１全体で５０％を出力す
る場合では、小出力電源モジュールＧＭ₂，ＧＭ₃が７５
％出力で動作し、小出力電源モジュールＧＭ₁が１００
％出力で動作しており、残りの小出力電源モジュールＧ
Ｍ₄，ＧＭ₅は０％出力で動作している。比較のために、
第１実施例で用いたものと同じ小出力電源モジュールＧ
Ｍ₁〜ＧＭ₅を並列運転させる従来例を以下に示す。図３
では、小出力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ₅を全て等負荷
運転させる場合であり、全体の電源の効率は、図１０の
効率曲線の横軸を拡大するだけとなり、効率改善にはな
らない。この比較例では、効率曲線の左側（軽負荷時）
には効率は低いままであるため、電源１全体の効率が低
下する。図４では、負荷が増大するにつれて、順次、使
用する小出力電源モジュールの個数を増やすように制御
するものであり、ＧＭ₁が最大出力になったときにＧＭ₂
の駆動を開始させ、ＧＭ₁とＧＭ₂とが最大出力になった
ときにＧＭ₃を新たに開始させる、という動作を行って
いる。この場合には、ｋ番目（ｋ＝１，２，３，４）の
モジュールが最大出力となるより少し大きな出力を要求
された時、ｋ＋１番目のモジュールは極小出力の状態と
なるので、効率の良い状態では運転ができない。このと
きの、効率特性を図５に示す。図５から明らかなよう
に、動作する小出力電源モジュールの個数が増える時点
（全体の出力を５等分する点）で効率が低下してしま
い、電源１全体の効率が低下する。 〔第２実施例〕第２実施例では、電源制御ユニット２の
動作が第１実施例とは異なる第１実施例では、小出力電
源モジュールＧＭ_1〜ＧＭ₅の全てが５０％から１００％
の負荷変動に対して高い効率で対応する必要がある。す
なわち、小出力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ₅には、５０
％以上の出力時に、おしなべて高い効率が要求されるこ
とになる。また、第１実施例では、第２の制御モードＭ
ＯＤＥ＿２では、何れか２つの小出力電源モジュールが
５０％以上、１００％未満の出力で動作し、残りの小出
力電源モジュールが１００％または０％の出力で動作し
ていればよく、また第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で
は、何れか２つの小出力電源モジュールが５０％以上、
１００％未満の出力で動作し、残りの小出力電源モジュ
ールの全てが１００％で動作していればよい。第２実施
例では、この点に着目し、第２の制御モードＭＯＤＥ＿
２および第３の制御モードＭＯＤＥ＿３で、５０％以
上、１００％未満の出力となる小出力電源モジュール
を、常に特定の小出力電源モジュールとしている。図６
は、各制御モードＭＯＤＥ＿１，ＭＯＤＥ＿２，ＭＯＤ
Ｅ＿３における、小出力電源モジュールＧＭ₁〜ＧＭ₅の
稼動状況を示す図である。この例では、電源１が、全体
で４０％以上の出力を出すときにはＧＭ₃が常に最大出
力で動作し、全体で６０％以上のときはＧＭ₃およびＧ
Ｍ₄が、８０％以上のときはＧＭ₃，ＧＭ₄およびＧＭ₅が
最大出力となる。こうすることで、ＧＭ₃〜ＧＭ₅の小出
力電源モジュールは、１００％出力か０％出力かのいず
れかになるので、途中の出力時の効率は問題とはならな
い。すなわち、５個の小出力電源モジュールのうち３個
については、少なくとも１００％出力のときに効率が最
大となるようなものを採用することができ、変動する負
荷に対して効率を高くする必要が生じるのは、２個の小
出力電源モジュールだけになる。こうして一層の高効率
化の可能性と回路動作の簡単化が実現できる。このとき
の、効率特性を、図７に示す。図７から明らかなよう
に、第２実施例では、電源１の負荷の変化の広い範囲に
わたりきわめて高い効率が実現される。

【具体例】図８は、実際に設計・製作した小出力電源モ
ジュール（単体電源）の効率を表したものである。１つ
の小出力電源モジュールを５台を組み合わせ、全体で５
倍の出力を実現した電源装置を製作し、図６に示した制
御を行った。図９は電源全体の効率曲線である。この具
体例では、小出力電源モジュールは、定格出力電圧１５
０Ｖ、定格出力電流１４Ａ、定格出力２．１ｋＷの直流
電池であり、これを５台組み合わせて全体では、出力電
圧１５０Ｖ、出力電流７０Ａ、出力１０．５ｋＷとし
た。小出力電源モジュール１つでは、４０％以上の出力
時で効率が９０％を超えており、単体としても高効率を
実現しているが、全体では８％以下の極く限られた軽負
荷領域を除いた、非常に広い負荷領域で９０％を超えて
いる。こうして、非常に広い負荷領域の任意の点で高い
効率を実現する電源が、本発明により可能となったこと
が分かる。

【発明の効果】頻繁に負荷が変動する負荷装置、時々刻
々変化する値が予想できない負荷装置、軽負荷時と重負
荷時とで負荷の大きさが大幅に異なる負荷装置等に用い
る電源について、広い負荷範囲にわたって電源全体を高
い効率で動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略を示す電源装置の構成図である。

【図２】第１実施例の各制御モードにおける、各小出力
電源モジュールの稼動状況を示す図である。

【図３】各小出力電源モジュールを全て等負荷運転させ
る従来技術における、各小出力電源モジュールの稼動状
況を示す図である。

【図４】負荷が増大するにつれて、順次使用する小出力
電源モジュールの個数を増やすように制御する従来技術
における、各小出力電源モジュールの稼動状況を示す図
である。

【図５】図４の制御における効率特性を示すグラフであ
る。

【図６】第２実施例の各制御モードにおける、小出力電
源モジュールの稼動状況を示す図である。

【図７】図６の制御における効率特性を示すグラフであ
る。

【図８】実際に設計・製作した小出力電源モジュール
（単体電源）の効率を表したものである。

【図９】実際に設計・製作した電源の効率曲線である。

【図１０】一般的な電源の効率特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１００ 電源装置 １ 電源 ２ 電源制御ユニット ３ 負荷 ４ 出力検出器 ＧＭ₁〜ＧＭ₅ 小出力電源モジュール ＭＯＤＥ＿１ 第１の制御モード ＭＯＤＥ＿２ 第２の制御モード ＭＯＤＥ＿３ 第３の制御モード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000164438 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 (71)出願人 000151276 株式会社東京アールアンドデー 東京都港区六本木二丁目４番５号 (72)発明者 村上 純一 宮城県仙台市青葉区中山７丁目２番１号 東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者 森 秀樹 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社内 (72)発明者 橋詰 正三 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 山崎 清美 福岡県福岡市南区塩原２丁目１番47号 九 州電力株式会社内 (72)発明者 大沼 伸人 神奈川県厚木市愛甲1516 株式会社東京ア ールアンドデー内 (72)発明者 春日 信幸 神奈川県厚木市愛甲1516 株式会社東京ア ールアンドデー内 Ｆターム(参考） 5G003 BA01 DA02 DA15 DA18 FA06 FA08 5G065 DA01 GA09 HA20 LA03

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の小出力電源
   モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニット
   とを有し、前記電源の出力が小さい低出力モード、およ
   び前記電源の出力が大きい高出力モードにより制御され
   る電源装置において、 前記電源制御ユニットは、 電源出力が０％より大きいある値から１００％以下の値
   にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにお
   いては、 前記Ｍ個の小出力電源モジュールを、所定の下限％以上
   かつ１００％未満のある値の出力で駆動し、 電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値
   にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにお
   いては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の設定
   数）の小出力電源モジュールを駆動する、ように前記電
   源を制御する電源装置。
2. 【請求項２】 Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電源
   モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニット
   とを有し、前記電源の出力が小さい第１のモード、前記
   電源の出力が大きい第３のモード、および前記電源の出
   力が第１のモードでの出力より大きく第３のモードでの
   出力よりも小さい第２のモード、を含む複数モードによ
   り制御される電源装置において、 前記電源制御ユニットは、 電源出力が０％より大きいある値から１００％未満の値
   にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モード
   においては、 ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モ
   ジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力
   で駆動し、 Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）
   の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、 残り（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の
   出力で駆動する、ように前記電源を制御する電源装置。
3. 【請求項３】 前記電源制御ユニットは、前記第２の制
   御モードにおいて、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１
   ００％の出力となったときは、当該１００％の出力とな
   った小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出
   力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出力電源モジュール
   と、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−ｎ−Ｎ）
   個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個
   の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００
   ％未満の出力で駆動する、ように前記電源を制御する請
   求項２に記載の電源装置。
4. 【請求項４】 前記電源制御ユニットは、前記第２の制
   御モードで、Ｎが１以上である（少なくとも１つの小出
   力電源モジュールが１００％の出力で駆動しており）場
   合において、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個の出
   力が前記下限％より小さくなったときは、当該出力が前
   記下限％より小さくなった小出力電源モジュールのうち
   の１個を０％の出力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出
   力電源モジュールと、それまで１００％の出力で駆動し
   ていたＮ個の小出力電源モジュールのうちの１個との、
   合計ｎ個の小出力電源モジュールを、前記下限％以上か
   つ１００％未満の出力で駆動する、ように前記電源を制
   御する請求項２または３に記載の電源装置。
5. 【請求項５】 前記電源制御ユニットは、前記第２の
   制御モードで、Ｎが０であり（何れの小出力電源モジュ
   ールも１００％の出力で駆動しておらず）、かつ（Ｍ−
   ｎ−Ｎ）が１以上である（少なくとも１つの小出力電源
   モジュールが０％の出力で駆動している）場合におい
   て、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個の出
   力が前記下限％より小さくなったときは、前記電源を第
   １の制御モードにより制御する、請求項２または３に記
   載の電源装置。
6. 【請求項６】 前記電源制御ユニットは、前記第２の制
   御モードで、Ｎが（Ｍ−ｎ−１）である場合において、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
   記１００％の出力となったときは、前記電源を第３の制
   御モードにより制御する、請求項２または３に記載の電
   源装置。
7. 【請求項７】 前記電源制御ユニットは、 前記第１の制御モードにおいては、１個ないし（ｎ−
   １）個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源モジュ
   ールを駆動する、ように前記電源を制御する請求項５に
   記載の電源装置。
8. 【請求項８】 前記電源制御ユニットは、 前記第３の制御モードにおいては、 １個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電
   源モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％以下の
   出力で駆動し、 残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−ｎ）ないし（Ｍ−１））の小出
   力電源モジュールを１００％の出力で駆動する、ように
   前記電源を制御する請求項６に記載の電源装置。
9. 【請求項９】 ２個の小出力電源モジュールの並列接続
   からなる電源と電源制御ユニットとを有し、前記電源の
   出力が小さい低出力モード、および前記電源の出力が大
   きい高出力モードにより制御される電源装置において、 前記電源制御ユニットは、 電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値
   にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにお
   いては、１個の小出力電源モジュールを駆動し、 電源出力が０％より大きいある値から１００％以下のあ
   る値にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モード
   においては、２個の小出力電源モジュールを、５０％以
   上かつ１００％以下の出力で駆動駆動する、ように前記
   電源を制御する電源装置。
10. 【請求項１０】 Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電
    源モジュールの並列接続からなる電源と電源制御ユニッ
    トとを有し、前記電源の出力が最も小さい第１のモー
    ド、前記電源の出力が最も大きい第３のモード、および
    前記電源の出力が第１のモードでの出力より大きく第３
    のモードでの出力よりも小さい第２のモードにより制御
    される電源装置において、 前記電源制御ユニットは、 電源出力が０％からそれより大きい所定％にわたる範囲
    で、前記電源を制御する第１の制御モード、 電源出力が前記所定％から、１００％未満の他の所定％
    にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モー
    ド、 電源出力が１００％未満の前記他の所定％から１００％
    にわたる範囲で、前記電源を制御する第３の制御モード
    の３つの制御モードを有し、 前記第１の制御モードにおいては、 １個の小出力電源モジュールを駆動し、 前記第２の制御モードにおいては、 ２個の小出力電源モジュールを、５０％以上かつ１００
    ％未満の出力で駆動し、 Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−３）の何れか）の小
    出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、 残りの（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％
    の出力で駆動し、 前記第3の制御モードにおいては、 １個ないし２個の小出力電源モジュールを、５０％以上
    かつ１００％以下の出力で駆動し、 残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−２）ないし（Ｍ−１））の小出
    力電源モジュールを１００％の出力で駆動する、ように
    前記電源を制御する電源装置。
11. 【請求項１１】 前記電源制御ユニットは、前記第２の
    制御モードにおいて、 ５０％以上かつ１００％未満の出力で駆動している前記
    ２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１００
    ％の出力となったときは、当該１００％の出力となった
    小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出力に
    固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで
    ０％の出力で駆動していた（Ｍ−２−Ｎ）個の小出力電
    源モジュールのうちの１個との、合計２個の小出力電源
    モジュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力
    で駆動する、ように前記電源を制御する請求項１０に記
    載の電源装置。
12. 【請求項１２】 前記電源制御ユニットは、前記第２の
    制御モードで、Ｎが１以上である場合において、 前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
    記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力とな
    った小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に
    固定し、残る１個の小出力電源モジュールと、それまで
    １００％の出力で駆動していた小出力電源モジュールの
    うちの１個との、合計２個の小出力電源モジュールを、
    前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆動する、よ
    うに前記電源を制御する請求項１０または１１に記載の
    電源装置。
13. 【請求項１３】 前記電源制御ユニットは、前記第２の
    制御モードで、Ｎが０である場合において、 前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
    記下限％の出力となったときは、前記電源を前記第１の
    制御モードにより制御する請求項９または１１に記載の
    電源装置。
14. 【請求項１４】 前記電源制御ユニットは、前記第２の
    制御モードで、Ｎが（Ｍ−３）である場合において、 前記２個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１
    ００％の出力となったときは、前記電源を前記第３の制
    御モードにより制御する、請求項９または１１に記載の
    電源装置。
15. 【請求項１５】 Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の小出力電
    源モジュールの並列接続からなる電源が、当該電源の出
    力が小さい低出力モード、および前記電源の出力が大き
    い高出力モードにより制御される電源装置の制御方法に
    おいて、 電源出力が０％より大きいある値から１００％以下の値
    にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにお
    いては、前記Ｍ個の小出力電源モジュールを、所定の下
    限％以上かつ１００％未満の出力で駆動し、 電源出力が０％以上でかつ、前記０％より大きいある値
    にわたる範囲で、前記電源を制御する高出力モードにお
    いては、１個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設
    定数）の小出力電源モジュールを駆動する、ように前記
    電源を制御する電源装置の制御方法。
16. 【請求項１６】 Ｍ個（Ｍは３以上の整数）の小出力電
    源モジュールの並列接続からなる電源が、当該電源の出
    力が小さい第１のモード、出力が大きい第３のモード、
    および出力が第１のモードでの出力より大きく第３のモ
    ードでの出力よりも小さい第２のモード、を含む複数の
    モードにより制御される電源装置の制御方法において、 電源出力が０％より大きいある値から１００％未満の値
    にわたる範囲で、前記電源を制御する第２の制御モード
    においては、 ｎ個（ｎは２以上の設定数である整数）の小出力電源モ
    ジュールを、所定の下限％以上かつ１００％未満の出力
    で駆動し、 Ｎ個（Ｎは０，１，・・・，（Ｍ−ｎ−１）の何れか）
    の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動し、 残り（Ｍ−ｎ−Ｎ）個の小出力電源モジュールを０％の
    出力で駆動する、ように前記電源を制御する電源装置の
    制御方法。
17. 【請求項１７】 前記第２の制御モードにおいて、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が１
    ００％の出力となったときは、当該１００％の出力とな
    った小出力電源モジュールのうちの１個を１００％の出
    力に固定し、残る（ｎ−１）個の小出力電源モジュール
    と、それまで０％の出力で駆動していた（Ｍ−ｎ−Ｎ）
    個の小出力電源モジュールのうちの１個との、合計ｎ個
    の小出力電源モジュールを、前記下限％以上かつ１００
    ％未満の出力で駆動する請求項１６に記載の電源装置の
    制御方法。
18. 【請求項１８】 前記第２の制御モードで、Ｎが１以上
    である場合において、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
    記下限％の出力となったときは、当該下限％の出力とな
    った小出力電源モジュールのうちの１個を０％の出力に
    固定し、残るｎ−１個の小出力電源モジュールと、それ
    まで１００％の出力で駆動していたＮ個の小出力電源モ
    ジュールのうちの１個との、合計ｎ個の小出力電源モジ
    ュールを、前記下限％以上かつ１００％未満の出力で駆
    動する請求項１６または１７に記載の電源装置の制御方
    法。
19. 【請求項１９】 前記第２の制御モードで、Ｎが０（何
    れの小出力電源モジュールも１００％の出力で駆動して
    いない）である場合において、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
    記下限％の出力となったときは、前記電源を第１の制御
    モードにより制御する請求項１６または１７記載の電源
    装置の制御方法。
20. 【請求項２０】 前記第２の制御モードで、Ｎが（Ｍ−
    ｎ−１）である場合において、 前記ｎ個の小出力電源モジュールの少なくとも１個が前
    記１００％の出力となったときは、前記電源を第３の制
    御モードにより制御する、請求項１６または１７に記載
    の電源装置の制御方法。
21. 【請求項２１】 前記第１の制御モードにおいては、１
    個ないし（ｎ−１）個（ｎは２以上の前記設定数）の小
    出力電源モジュールを駆動する請求項１７に記載の電源
    装置の制御方法。
22. 【請求項２２】 前記第３の制御モードにおいては、１
    個ないしｎ個（ｎは２以上の前記設定数）の小出力電源
    モジュールを、所定の下限％以上かつ１００％以下の出
    力で駆動し、残りのＮ個（Ｎは（Ｍ−ｎ）ないし（Ｍ−
    １））の小出力電源モジュールを１００％の出力で駆動
    する請求項２０に記載の電源装置の制御方法。